Upptäckten av norrsken på Uranus ger ledtrådar till beboeliga isvärldar

Credit: NASA, ESA and M. Showalter
Credit: NASA, ESA and M. Showalter

Astronomer vid University of Leicester har för första gången bekräftat förekomsten av ett infrarött norrsken på den kalla, yttre planeten Uranus.

Upptäckten kan kasta ljus över mysterierna bakom magnetfälten hos planeterna i vårt solsystem, och även över om avlägsna världar kan hysa liv.

Forskargruppen, som stöds av Science and Technology Facilities Council (STFC), har gjort de första mätningarna av den infraröda (IR) norrskenet vid Uranus sedan undersökningarna inleddes 1992. Medan ultraviolett (UV) norrsken på Uranus har observerats sedan 1986, har ingen bekräftelse av IR-örsken observerats förrän nu. Forskarnas slutsatser har publicerats i tidskriften Nature Astronomy.

Isjättarna Uranus och Neptunus är ovanliga planeter i vårt solsystem eftersom deras magnetfält är felriktade i förhållande till de axlar i vilka de snurrar. Forskarna har ännu inte hittat någon förklaring till detta, men ledtrådar kan finnas i Uranus norrsken.

Aurorae orsakas av mycket energirika laddade partiklar, som trängs ner och kolliderar med en planets atmosfär via planetens magnetiska fältlinjer. På jorden är det mest kända resultatet av denna process norr- och södersken. På planeter som Uranus, där atmosfären huvudsakligen består av en blandning av väte och helium, kommer detta norrsken att avge ljus utanför det synliga spektrumet och i våglängder som det infraröda (IR).

Teamet använde infraröda norrskensmätningar som gjordes genom att analysera specifika våglängder av ljus som sändes ut från planeten med hjälp av Keck II-teleskopet. Utifrån detta kan de analysera ljuset (så kallade emissionslinjer) från dessa planeter, ungefär som en streckkod. I det infraröda spektrumet kommer de linjer som avges av en laddad partikel som kallas H3+ att variera i ljusstyrka beroende på hur varm eller kall partikeln är och hur tätt detta lager av atmosfären är. Linjerna fungerar därför som en termometer på planeten.

Deras observationer visade tydliga ökningar av H3+-densiteten i Uranus atmosfär med liten temperaturförändring, vilket överensstämmer med jonisering orsakad av närvaron av en infraröd aurora. Detta hjälper oss inte bara att bättre förstå magnetfälten hos de yttre planeterna i vårt eget solsystem, utan det kan också bidra till att identifiera andra planeter som är lämpliga för att stödja liv.

Huvudförfattaren Emma Thomas, doktorand vid University of Leicester School of Physics and Astronomy, säger: ”Temperaturen på alla gasjätteplaneter, inklusive Uranus, är hundratals grader Kelvin/Celsius över vad modellerna förutsäger om de bara värms av solen, vilket lämnar oss med den stora frågan om hur dessa planeter är så mycket varmare än förväntat? En teori föreslår att det energiska norrskenet är orsaken till detta, vilket genererar och pressar värme från norrskenet ner mot den magnetiska ekvatorn.”

”En majoritet av de exoplaneter som hittills har upptäckts faller inom kategorin sub-Neptunus, och är därmed fysiskt lika stora som Neptunus och Uranus. Detta kan också innebära att de har liknande magnetiska och atmosfäriska egenskaper. Genom att analysera Uranus norrsken, som är direkt kopplat till både planetens magnetfält och atmosfär, kan vi göra förutsägelser om atmosfärerna och magnetfälten i dessa världar och därmed deras lämplighet för liv.”

”Denna artikel är kulmen på 30 års studier av auroran på Uranus, som slutligen har avslöjat den infraröda auroran och inlett en ny era av aurorautredningar på planeten. Våra resultat kommer att bredda vår kunskap om isjättarnas norrsken och stärka vår förståelse av planeternas magnetfält i vårt solsystem, på exoplaneter och till och med på vår egen planet.”

Resultaten kan också ge forskarna en inblick i ett sällsynt fenomen på jorden, där nord- och sydpolen byter hemisfär, så kallad geomagnetisk reversering.

Emma tillägger: ”Vi har inte många studier om detta fenomen och vet därför inte vilka effekter det kommer att få på system som är beroende av jordens magnetfält, till exempel satelliter, kommunikation och navigering. Denna process sker dock varje dag på Uranus på grund av den unika förskjutningen av de roterande och magnetiska axlarna. Fortsatta studier av Uranus norrsken kommer att ge data om vad vi kan förvänta oss när jorden uppvisar en framtida polvändning och vad det kommer att innebära för dess magnetfält.”

Ytterligare information: Emma M. Thomas et al, Detection of the infrared aurora at Uranus with Keck-NIRSPEC, Nature Astronomy (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-02096-5

Bli först med att kommentera

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte att publiceras.